JPH05175545A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
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- JPH05175545A JPH05175545A JP34505891A JP34505891A JPH05175545A JP H05175545 A JPH05175545 A JP H05175545A JP 34505891 A JP34505891 A JP 34505891A JP 34505891 A JP34505891 A JP 34505891A JP H05175545 A JPH05175545 A JP H05175545A
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Landscapes
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 小型化・高密度化を追求した光半導体装置の
提供。 【構成】 光学窓部２を有する筐体の内部に発光素子１
と受光素子４が内蔵された光半導体装置において、前記
発光素子と窓部との間に、前記受光素子がマウントされ
る基材６を配し、該基材は前記発光素子からの光が射出
する部分に光透過部が設けられていることを特徴とす
る。
提供。 【構成】 光学窓部２を有する筐体の内部に発光素子１
と受光素子４が内蔵された光半導体装置において、前記
発光素子と窓部との間に、前記受光素子がマウントされ
る基材６を配し、該基材は前記発光素子からの光が射出
する部分に光透過部が設けられていることを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、筐体内に発光素子と受
光素子を共に内蔵し、発光素子から出力された光を射出
して戻された変調光を受光素子で光電変換して信号を得
る構成の光半導体装置に関するものである。
光素子を共に内蔵し、発光素子から出力された光を射出
して戻された変調光を受光素子で光電変換して信号を得
る構成の光半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】光を物体に照射して情報を得
る光学装置の一例として、高精度に物体の移動や変位な
どの物理量を求める光学式変位センサがあり、例えば光
学式エンコーダ、レーザドップラー速度計、レーザ干渉
計等として知られている。又、コンパクトディスクに代
表されるようなデジタル情報を微小な凹凸で記録させ、
これに光を照射しその情報を読みとる光学式ピックアッ
プ等もある。これは例えば特開平３−２１４１１２号公
報に具体的構成が開示されている。
る光学装置の一例として、高精度に物体の移動や変位な
どの物理量を求める光学式変位センサがあり、例えば光
学式エンコーダ、レーザドップラー速度計、レーザ干渉
計等として知られている。又、コンパクトディスクに代
表されるようなデジタル情報を微小な凹凸で記録させ、
これに光を照射しその情報を読みとる光学式ピックアッ
プ等もある。これは例えば特開平３−２１４１１２号公
報に具体的構成が開示されている。
【０００３】これらの装置は発光素子と受光素子を共に
内蔵し、発光素子から放出させた光を光学部品を介して
対象物に指向し、対象物から戻ってくる変調光を受光素
子により光電変換して情報を得るものである。
内蔵し、発光素子から放出させた光を光学部品を介して
対象物に指向し、対象物から戻ってくる変調光を受光素
子により光電変換して情報を得るものである。
【０００４】しかし、従来の装置では、光を集光、屈
折、偏光、分散させるために空間的広がりを必要とする
光学部品を用いるため、光学部品と発光素子、受光素子
との間に空間を必要とする。そのため装置の小型化の追
求には限度があった。
折、偏光、分散させるために空間的広がりを必要とする
光学部品を用いるため、光学部品と発光素子、受光素子
との間に空間を必要とする。そのため装置の小型化の追
求には限度があった。
【０００５】本発明は上記従来例の課題を解決すべくな
されたもので、より一層の小型化・高密度化を図った光
半導体装置の提供を目的とするものである。
されたもので、より一層の小型化・高密度化を図った光
半導体装置の提供を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置
は、光学窓部を有する筐体の内部に発光素子と受光素子
が内蔵された光半導体装置において、前記発光素子と窓
部との間に、前記受光素子がマウントされる基材を配
し、該基材は前記発光素子からの光が射出する部分に光
透過部が設けられていることを特徴とし、例えばエンコ
ーダやドプッラ変位センサ、光ピックアップ素子等、発
光素子と受光素子を共に内蔵する装置に広く適用するこ
とができる。
は、光学窓部を有する筐体の内部に発光素子と受光素子
が内蔵された光半導体装置において、前記発光素子と窓
部との間に、前記受光素子がマウントされる基材を配
し、該基材は前記発光素子からの光が射出する部分に光
透過部が設けられていることを特徴とし、例えばエンコ
ーダやドプッラ変位センサ、光ピックアップ素子等、発
光素子と受光素子を共に内蔵する装置に広く適用するこ
とができる。
【０００７】使用できる発光素子としては、半導体レー
ザ、発光ダイオード等がある。又、受光素子の具体例と
しては、フォトダイオード、アバランシュ・フォトダイ
オード、ピンフォトダイオード、ＣＣＤ、又、これら受
光部をもち出力される光電流を増幅もしくは処理する回
路をもった受光ＩＣが挙げられる。
ザ、発光ダイオード等がある。又、受光素子の具体例と
しては、フォトダイオード、アバランシュ・フォトダイ
オード、ピンフォトダイオード、ＣＣＤ、又、これら受
光部をもち出力される光電流を増幅もしくは処理する回
路をもった受光ＩＣが挙げられる。
【０００８】基材の材料としては、ガラス、シリコン、
ガリウム砒素、紙フェノール、ポリイミド、エポキシ、
ガラスエポキシ、セラミック、鉄、銅、ステンレス等受
光素子をマウントしたときに十分な強度を得られるもの
であれば、その材質は、問わない。
ガリウム砒素、紙フェノール、ポリイミド、エポキシ、
ガラスエポキシ、セラミック、鉄、銅、ステンレス等受
光素子をマウントしたときに十分な強度を得られるもの
であれば、その材質は、問わない。
【０００９】基材に光透過作用を持たせるには、出力光
の波長帯域に対して光学的に透過な特性をもつ材料を選
ぶ。あるいは出力光の波長帯域に透過な特性を持たない
材料の場合には、出力光の透過する部分に穴を形成すれ
ばよい。
の波長帯域に対して光学的に透過な特性をもつ材料を選
ぶ。あるいは出力光の波長帯域に透過な特性を持たない
材料の場合には、出力光の透過する部分に穴を形成すれ
ばよい。
【００１０】又、この出力光が透過する部分を制限する
ことにより基材にスリットの作用をもたせ、光学部品に
対し発光素子の特性をより安定化させて使用することが
可能となる。例えば光学部品がレンズであった場合、そ
のレンズ開口角以上に放射する光は不要光であり迷光等
の問題を発生させる。そこで基材に透過する領域にレン
ズ開口角と同程度の部分のみを光透過部として他の部分
を遮光する事により、受光素子に迷光が入射することを
防ぎ、安定した特性を得ることが可能となる。又、同様
に発光素子の出力光が光学部品に入射する光路を遮るこ
となく且つ受光素子に信号光が入射できるよう、基板上
に遮光板を設けることにより安定した光信号を得ること
が可能となる。
ことにより基材にスリットの作用をもたせ、光学部品に
対し発光素子の特性をより安定化させて使用することが
可能となる。例えば光学部品がレンズであった場合、そ
のレンズ開口角以上に放射する光は不要光であり迷光等
の問題を発生させる。そこで基材に透過する領域にレン
ズ開口角と同程度の部分のみを光透過部として他の部分
を遮光する事により、受光素子に迷光が入射することを
防ぎ、安定した特性を得ることが可能となる。又、同様
に発光素子の出力光が光学部品に入射する光路を遮るこ
となく且つ受光素子に信号光が入射できるよう、基板上
に遮光板を設けることにより安定した光信号を得ること
が可能となる。
【００１１】受光素子を基材にマウントした場合、外部
との電気的接続に関しては、基材表面が電気的絶縁性を
もつ場合には、その上に配線パターンを形成し、ワイヤ
ボンディング、ＴＡＢ、ＣＯＧ等の接続方式で接続し、
基材から外部へはリード線、フレキシブル基板等により
信号を取り出せばよい。又、基材表面が電気的絶縁性を
持たない場合には、電気的絶縁皮膜を表面に形成してそ
の上に配線パターンを描き、上記のような方式で接続す
ればよい。又、ＴＡＢを用いれば基材をコモン電極とし
て使用することにより基材表面を電気的絶縁処理するこ
となく直接受光素子の信号を基材から外部まで取り出す
ことが可能である。
との電気的接続に関しては、基材表面が電気的絶縁性を
もつ場合には、その上に配線パターンを形成し、ワイヤ
ボンディング、ＴＡＢ、ＣＯＧ等の接続方式で接続し、
基材から外部へはリード線、フレキシブル基板等により
信号を取り出せばよい。又、基材表面が電気的絶縁性を
持たない場合には、電気的絶縁皮膜を表面に形成してそ
の上に配線パターンを描き、上記のような方式で接続す
ればよい。又、ＴＡＢを用いれば基材をコモン電極とし
て使用することにより基材表面を電気的絶縁処理するこ
となく直接受光素子の信号を基材から外部まで取り出す
ことが可能である。
【００１２】
【実施例】実施例１ 以下、本発明の光半導体装置の具体的な実施例を説明す
る。図１は本発明の第１実施例の構成を示す断面図、図
２はその上面図である。図中、１は発光素子でであり半
導体レーザ発光素子を使用する。２は表面に光学機能素
子が形成される透明光学部材であり、本実施例ではそれ
ぞれが集光作用を有する３連レンズ２１が片面に形成さ
れている。又、必要に応じて回折格子、ビースプリッ
タ、プリズムなどの光学機能素子が他方の面に形成され
る。３は封止用ガラス、４は２つの受光素子、５は半導
体レーザ用ホルダ、６は不透明のガラスエポキシ基板に
よる基材であり、基材の中心位置は貫通孔６１が設けら
れる。８は光学部品用ホルダ、９はステム、１０はキャ
ップ、１１は金線、１２はフレキシブル基板、１３は配
線パターン、１５は発光素子の後方面から発するＡＰＣ
用のモニタ光を受けるモニタ用受光素子である。
る。図１は本発明の第１実施例の構成を示す断面図、図
２はその上面図である。図中、１は発光素子でであり半
導体レーザ発光素子を使用する。２は表面に光学機能素
子が形成される透明光学部材であり、本実施例ではそれ
ぞれが集光作用を有する３連レンズ２１が片面に形成さ
れている。又、必要に応じて回折格子、ビースプリッ
タ、プリズムなどの光学機能素子が他方の面に形成され
る。３は封止用ガラス、４は２つの受光素子、５は半導
体レーザ用ホルダ、６は不透明のガラスエポキシ基板に
よる基材であり、基材の中心位置は貫通孔６１が設けら
れる。８は光学部品用ホルダ、９はステム、１０はキャ
ップ、１１は金線、１２はフレキシブル基板、１３は配
線パターン、１５は発光素子の後方面から発するＡＰＣ
用のモニタ光を受けるモニタ用受光素子である。
【００１３】この光半導体装置の製造方法は以下の通り
である。まず、半導体レーザ発光素子１の出力光が射出
される部分に貫通孔６１が設けられ且つ配線パターン１
３が描かれた不透明のガラスエポキシ基板６を用意し
て、所定の位置に受光素子４をダイボンディングして接
合する。次にワイヤボンダ装置を用いて、受光素子４の
ボンディングパッドとガラスエポキシ基板６の配線パラ
ーン１３とを金線１１で接続する。又、ガラスエポキシ
基板６の端部にフレキシブル基板１２を半田付けして出
力が得られるようにする。次にホルダ５に組み込まれた
半導体レーザ発光素子１と受光素子４の位置関係が所定
の位置関係になるように位置決めした後、ホルダ５とガ
ラスエポキシ基板６とを接着する。次にレンズ２１が３
つ連続して形成された光学部品２にホルダ８を取り付け
る。そして、半導体レーザ発光素子１が組み込まれたホ
ルダ５上に受光素子４が取り付けられたガラスエポキシ
基板６が接着されたものに、光学部品２とホルダ８を被
せる。そして、半導体レーザ発光素子１とレンズ２１の
結合効率とレンズ２１と受光素子４に入射効率が良くな
るように光学部品２の位置決めを行った後に、接着剤に
よりホルダ８とホルダ５とを固定し内部を気密に封入す
る。なお、基材であるガラスエポキシ基板６に受光素子
４をマウントしワイヤボンディングの後に、透明樹脂に
より受光素子４をコートしてしまえば、より高い信頼性
が得られる。
である。まず、半導体レーザ発光素子１の出力光が射出
される部分に貫通孔６１が設けられ且つ配線パターン１
３が描かれた不透明のガラスエポキシ基板６を用意し
て、所定の位置に受光素子４をダイボンディングして接
合する。次にワイヤボンダ装置を用いて、受光素子４の
ボンディングパッドとガラスエポキシ基板６の配線パラ
ーン１３とを金線１１で接続する。又、ガラスエポキシ
基板６の端部にフレキシブル基板１２を半田付けして出
力が得られるようにする。次にホルダ５に組み込まれた
半導体レーザ発光素子１と受光素子４の位置関係が所定
の位置関係になるように位置決めした後、ホルダ５とガ
ラスエポキシ基板６とを接着する。次にレンズ２１が３
つ連続して形成された光学部品２にホルダ８を取り付け
る。そして、半導体レーザ発光素子１が組み込まれたホ
ルダ５上に受光素子４が取り付けられたガラスエポキシ
基板６が接着されたものに、光学部品２とホルダ８を被
せる。そして、半導体レーザ発光素子１とレンズ２１の
結合効率とレンズ２１と受光素子４に入射効率が良くな
るように光学部品２の位置決めを行った後に、接着剤に
よりホルダ８とホルダ５とを固定し内部を気密に封入す
る。なお、基材であるガラスエポキシ基板６に受光素子
４をマウントしワイヤボンディングの後に、透明樹脂に
より受光素子４をコートしてしまえば、より高い信頼性
が得られる。
【００１４】以上のように製造された光半導体装置は、
半導体レーザ発光素子１とレンズ２１の間の空間に受光
素子４を配置することにより、空間の大幅な削減が可能
となり装置の小型化を可能にした。
半導体レーザ発光素子１とレンズ２１の間の空間に受光
素子４を配置することにより、空間の大幅な削減が可能
となり装置の小型化を可能にした。
【００１５】なお、本実施例では発光素子として半導体
レーザを用いたが、発光ダイオード（ＬＥＤ）であって
も良い。
レーザを用いたが、発光ダイオード（ＬＥＤ）であって
も良い。
【００１６】実施例２ 図３、図４は第２実施例を示す断面図と上面図である。
なお、これまでと同一の符号は同一あるいは同等の部材
を表す。製造方法は先の第１実施例と同様である。基材
６は透明ガラス基板であり、先の実施例のような貫通孔
は設けられていない。光学部品用ホルダ８と一体化した
遮光板８１が、ガラス基板６上に半導体レーザ発光素子
１の出力光を囲むように配置されている。これによって
半導体レーザ発光素子１の出力光が受光素子４の受光部
に直接に入射することを防止して受光信号のＳ／Ｎを向
上させている。
なお、これまでと同一の符号は同一あるいは同等の部材
を表す。製造方法は先の第１実施例と同様である。基材
６は透明ガラス基板であり、先の実施例のような貫通孔
は設けられていない。光学部品用ホルダ８と一体化した
遮光板８１が、ガラス基板６上に半導体レーザ発光素子
１の出力光を囲むように配置されている。これによって
半導体レーザ発光素子１の出力光が受光素子４の受光部
に直接に入射することを防止して受光信号のＳ／Ｎを向
上させている。
【００１７】実施例３ 図５は第３実施例を示す断面図である。これまでと同一
の符号は同一あるいは同等の部材を表す。基材６は透明
ガラス基板、６２はガラス基板表面に形成された遮光パ
ターンであり、光が透過射出する中心部に開口が設けら
れている。遮光パターン６２の材質としてはＣｒ等の金
属が好適であり、これをガラス基板６に蒸着してフォト
リソ工程により開口を形成する。その上層にＳｉＯ2 等
の絶縁膜を形成し、該絶縁膜の上に配線パターン１３を
形成する。
の符号は同一あるいは同等の部材を表す。基材６は透明
ガラス基板、６２はガラス基板表面に形成された遮光パ
ターンであり、光が透過射出する中心部に開口が設けら
れている。遮光パターン６２の材質としてはＣｒ等の金
属が好適であり、これをガラス基板６に蒸着してフォト
リソ工程により開口を形成する。その上層にＳｉＯ2 等
の絶縁膜を形成し、該絶縁膜の上に配線パターン１３を
形成する。
【００１８】なお本実施例では開口は１箇所のみである
が、開口を複数設ければ、例えば発光素子としてＬＥＤ
を用いた場合、実質的に複数の微小点光源を設けたのと
同様になる。
が、開口を複数設ければ、例えば発光素子としてＬＥＤ
を用いた場合、実質的に複数の微小点光源を設けたのと
同様になる。
【００１９】実施例４ 図６は第４実施例を示す断面図である。これまでと同一
の符号は同一あるいは同等の部材を表す。基材６は銅板
であり中心部に貫通孔６１が設けられている。１５はＴ
ＡＢフィルムであり、受光素子４を上記実施例の金線の
代わりにＴＡＢを用いて接続している。その際、ＴＡＢ
フィルム１５はホルダ５の外部まで信号を取り出せるよ
うにしておく。そしてＴＡＢフィルム１５に接続された
受光素子４を、基材である銅板６の所定の位置に接合す
る。又、銅板６にリード線を１本設ける。これにより銅
板６はコモン電極となり、ＴＡＢフィルム１５の各リー
ドは受光素子４の信号線となる。なお、受光素子４の素
子構造を、基板のサブを表面の電極パッドでとれるよう
にすれば銅板６にリード線を設けずとも信号を得ること
ができる。
の符号は同一あるいは同等の部材を表す。基材６は銅板
であり中心部に貫通孔６１が設けられている。１５はＴ
ＡＢフィルムであり、受光素子４を上記実施例の金線の
代わりにＴＡＢを用いて接続している。その際、ＴＡＢ
フィルム１５はホルダ５の外部まで信号を取り出せるよ
うにしておく。そしてＴＡＢフィルム１５に接続された
受光素子４を、基材である銅板６の所定の位置に接合す
る。又、銅板６にリード線を１本設ける。これにより銅
板６はコモン電極となり、ＴＡＢフィルム１５の各リー
ドは受光素子４の信号線となる。なお、受光素子４の素
子構造を、基板のサブを表面の電極パッドでとれるよう
にすれば銅板６にリード線を設けずとも信号を得ること
ができる。
【００２０】本実施例では基材の材質は電気的絶縁性を
持つ材料でなくてもよく、又、受光素子４に必要な実装
部の高さを低くすることが可能となり、光半導体装置の
一層の小型化が図られる。
持つ材料でなくてもよく、又、受光素子４に必要な実装
部の高さを低くすることが可能となり、光半導体装置の
一層の小型化が図られる。
【００２１】実施例５ 図７は第５実施例を示す断面図である。これまでと同一
の符号は同一あるいは同等の部材を表す。基材６はガラ
ス基板、６２はガラス基板表面に形成された遮光パター
ンである。遮光パターン６２は光の射出及び入射のため
に３か所に開口が設けられている。
の符号は同一あるいは同等の部材を表す。基材６はガラ
ス基板、６２はガラス基板表面に形成された遮光パター
ンである。遮光パターン６２は光の射出及び入射のため
に３か所に開口が設けられている。
【００２２】本実施例ではガラス基板６の裏面に配線パ
ターンを形成し、受光素子４をフェイスダウンでマウン
トする。ガラス基板６と受光素子４の接続部は、半田バ
ンプによる接続（フリップチップ接続）にて行う。この
ように受光素子４をガラス基板の裏面側に接続すること
により、より薄型の光半導体装置を得ることが可能とな
る。
ターンを形成し、受光素子４をフェイスダウンでマウン
トする。ガラス基板６と受光素子４の接続部は、半田バ
ンプによる接続（フリップチップ接続）にて行う。この
ように受光素子４をガラス基板の裏面側に接続すること
により、より薄型の光半導体装置を得ることが可能とな
る。
【００２３】又、基材であるガラス基板６に半導体レー
ザ発光素子１の光出射部近傍だけでなく、受光素子４の
光入射部近傍にも遮光パターンを設けたことにより、遮
光板を設けずに散乱光をカットすることが可能となりＳ
／Ｎが高くなるという効果も得られる。
ザ発光素子１の光出射部近傍だけでなく、受光素子４の
光入射部近傍にも遮光パターンを設けたことにより、遮
光板を設けずに散乱光をカットすることが可能となりＳ
／Ｎが高くなるという効果も得られる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、発光素子と光学部品と
の間に光の透過作用を有する基材を配して、ここに受光
素子をマウントする構成により、従来はデットスペース
であった空間に受光素子を配置することが可能となり、
光半導体装置のより小型化・高密度化が図られる。
の間に光の透過作用を有する基材を配して、ここに受光
素子をマウントする構成により、従来はデットスペース
であった空間に受光素子を配置することが可能となり、
光半導体装置のより小型化・高密度化が図られる。
【００２５】又、実装構造的には従来の方式を採用する
ことが可能であるため、小型化を行うことにより製造装
置等設備を導入によるコストアップなく、むしろ、部品
サイズが小型化することにより多数個取りによるコスト
ダウンが可能となる。
ことが可能であるため、小型化を行うことにより製造装
置等設備を導入によるコストアップなく、むしろ、部品
サイズが小型化することにより多数個取りによるコスト
ダウンが可能となる。
【図１】第１実施例の断面図である。
【図２】第１実施例の上面図である。
【図３】第２実施例の断面図である。
【図４】第２実施例の上面図である。
【図５】第３実施例の断面図である。
【図６】第４実施例の断面図である。
【図７】第５実施例の断面図である。
１ 半導体レーザ発光素子 ２ 光学部品 ２１ レンズ ３ 封止用ガラス ４ 受光素子 ５ 半導体レーザ用ホルダ ６ 基材（ガラスエポキシ基板、ガラス板、銅板） ６１ 貫通孔 ６２ 遮光パターン ８ 光学部品用ホルダ ８１ 遮光板 ９ ステム １０ キャップ １１ 金線 １２ フレキシブル基板 １３ 配線パターン １４ モニタ用受光素子 １５ ＴＡＢフィルム
Claims (5)
- 【請求項１】 光学窓部を有する筐体の内部に発光素子
と受光素子が内蔵された光半導体装置において、前記発
光素子と窓部との間に、前記受光素子がマウントされる
基材を配し、該基材は前記発光素子からの光が射出する
部分に光透過部が設けられていることを特徴とする光半
導体装置。 - 【請求項２】 前記窓部に光学機能素子を接合した光学
部材が取付けられる請求項１記載の光半導体素子。 - 【請求項３】 前記基材は電気的絶縁性を有し、その表
面に電気的配線が形成される請求項１の光半導体装置。 - 【請求項４】 前記発光素子からの出力光が前記受光素
子に直接入射しないように前記基材に遮光部を設けた請
求項１の光半導体装置。 - 【請求項５】 前記光半導体装置は物体の変位状態を検
出する変位検出センサである請求項１乃至４記載の光半
導体装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2013239578A (ja) * | 2012-05-15 | 2013-11-28 | Omron Corp | 光電センサ |
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1991
- 1991-12-26 JP JP34505891A patent/JP3109885B2/ja not_active Expired - Fee Related
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